文摘
背景和目的:脑动静脉的血流动力学的临床表现有重大的影响。本研究旨在评估动静脉的血流动力学特性使用3 d相衬成像具有双重velocity-encodings先生。
材料与方法:32例幕上的avm之前没有收到任何治疗和先生经历了3 d相衬成像是包括在这项研究中。病灶直径和体积测量avm的分类(要小杯,中杯,还是大)。动静脉流参数测量包括明显的AVM流入,流入指数,明显的动静脉流出,动静脉流出指数和明显的AVM inflow-to-outflow比率。病灶体积和每个流之间的相关系数计算。小和其他动静脉之间的流动参数以及nonhemorrhagic和出血性动静脉之间的比较。
结果:患者分为出血性(n= 8)和nonhemorrhagic (n= 24)组。之间的相关系数病灶体积和明显的AVM流入和流出点。明显的AVM流入和流出小动静脉明显小于中等AVM (P<。001年两组)。明显的AVM inflow-to-outflow比率明显更大的出血性AVM的nonhemorrhagic AVM (P= .02点)。
结论:明显的AVM inflow-to-outflow比率是唯一重要的参数,不同nonhemorrhagic和出血性AVM之间,表明一个贫穷的排水系统可能会增加动静脉压力,可能造成脑出血。
缩写:
- FDNG
- 流分布网络图
- PCMR
- 相衬成像先生
- VENC
- velocity-encoding
脑avm患者脑出血的风险增加,在这些患者出血的发生率大约2%每年-4%,这取决于几个临床和angioarchitectural特征。1,2此外,血流动力学变化与avm也认为有助于病理生理学和临床表现。3到目前为止,各种形式,如直接血压测量,4⇓- - - - - -6经颅多普勒,5,7DSA,8⇓⇓- - - - - -11和血流动力学先生成像12⇓⇓⇓⇓- - - - - -17被用来调查动静脉的血流动力学特点。特别是,几项研究表明,一个排水系统或血流动力学的发展不平衡不足的avm病灶可能导致高血压,可能造成脑出血。4⇓- - - - - -6,8,9,11,16,17因此,测量总AVM流入和流出可能重要的估计多少压力存在于动静脉和评估脑出血的风险,但证据是稀缺的。
相差先生成像(PCMR)是一种血液动力学先生成像使用双梯度来创建一个相移的血流量与速度成正比。PCMR允许流动参数的无创测量,如流速和流量,甚至在高度复杂的动静脉等血管。18目前,electrocardiogram-gated四维成像先生先生是最常用的成像技术对血流动力学分析颅内血管疾病。然而,四维成像先生需要相对较长的扫描时间,阻碍这个扫描的实现在日常临床实践。此外,四维成像与高空间分辨率和双重velocity-encodings先生(VENCs)对颅内血管流动的研究中,19⇓- - - - - -21在临床是不切实际的,因为这些参数进一步增加扫描时间。因此,non-electrocardiogram-gated 3 d PCMR,要求扫描时间少于4维成像先生,可能是另一种工具进行分析。
这项回顾性研究的目的是试图量化AVM流入和流出使用3 d PCMR双重VENC和阐明动静脉血流动力学之间的不平衡是否流入和流出AVM患者脑出血。
材料和方法
患者人群
这项回溯性研究伦理审查委员会批准东京大学的12057号(IRB)。最初的治疗的时候,书面知情同意了所有的病人,以供将来使用的临床数据为研究目的。
2016年3月至2020年11月,六十七例幕上的avm曾经没有得到治疗了3 d PCMR在我们机构。大多数病人在这个群体被称为我们的医院伽玛刀手术,除了少数情况下直接手术。在此期间,35先生成像数据不足的患者被排除在外,因为由于动脉环不包括(n= 23)。此外,一个微弱的病灶患者极其低流量排水静脉不能评估(n= 4)和那些参与射孔支线船只从A1, M1, P1段(n= 3);MCA闭塞(n= 2);喂养动脉起源于两国双方(n= 2);和多个nidi (n= 1)也被排除在外,因为难以维持一种明显的AVM流入。
研究中进行分析,包括32名患者被分为2组:nonhemorrhagic (n= 24)和出血性(n= 8)。在每个AVM病灶直径和体积测量使用伽玛刀规划软件,Leksell GammaPlan (Elekta),分类成小(< 30毫米),中等(30 - 60毫米),或大型(> 60毫米)AVM,根据直径。22伽玛刀手术之间的平均持续时间和出血的发病62天(中位数,68天;范围内,24 - 91天)。所有的病人经历了DSA伽玛刀治疗前。患者出血组,除3例,也经历了DSA在脑出血急性期(< 3周)。发病的时间间隔的成像出血组43天(范围,6 - 87天;中位数,36天),除2例为谁间隔是未知的。这两个病人有明显的发现老出血成像先生根据病灶的位置。估计间隔时间从发病到成像是至少6个月,因为日期之间的时间当患者发现avm和成像日期超过6个月。
先生成像协议和流动参数的定义
3 d PCMR执行3 t扫描仪(Magnetom Skyra;西门子)没有对比剂,使用20-channel头阵列线圈。3 d成像参数的PCMR TR / TE, 37.7/5.46女士;数量的作用,2(直到2019年7月)和1(2019年8月以来);翻转角度,10°;广义autocalibrating部分并行采集因素,3;FOV, 199×220毫米;矩阵,348×384;立体像素大小,0.57×0.57×1毫米;片,64年(直到2019年7月)和128年(2019年8月以来); and bandwidth, 365 Hz/pixel. The scan matrix was 174 × 194, and zero-filling and low-pass filter were applied for the reconstruction of the matrix. The purpose of the reconstruction was to keep the signal-to-noise ratio as high as possible at a high resolution. The image data were corrected for Maxwell terms in online reconstruction. We set 2 different VENCs, 50 and 100 cm/s, in 3 directions (anterior-posterior, right-left, and superior-inferior) in all cases. The total scan time was approximately 15 min.
我们测量了明显的AVM流入,AVM流入指数,明显的动静脉流出,动静脉流出指数和明显的AVM inflow-to-outflow比率的指标差异明显的AVM流入和流出。明显的AVM流入使用以下公式计算:14,16,17
(身体的同侧的A2段+ M1段+ P2段),
(侧A2段+ M1段+ P2段)。
如果从ICA喂养穿孔器存在,这些流量重新添加。明显的动静脉流出被定义为总病灶中的每个导血管的流量。AVM流入和流出指数是由下列公式计算:16
AVM流入指数=明显AVM流入(毫升/分钟)/病灶体积(毫升),
AVM流出指数=明显AVM流出(毫升/分钟)/病灶体积(mL)。
图像处理和流动分析
首先,所有阶段,从3 d PCMR级数据被转移到商用图像处理软件,阿米拉(热费希尔科学)。3 d表面绘制使用级图像创建可视化的软件的一般血管动静脉和识别每一个导血管(图1)。我们也称DSA确认数量和近似引流静脉的位置,这允许容易识别的PCMR引流静脉。如果有混叠速度从100厘米/ s VENC相位图像,进行混叠速度修正如下:
一个代表性的案例(22号)出血性。一个,3 d PCMR流线可视化使用阿米拉显示血管流速在A2, M1, P2和右颞叶的病灶。B和C三维表面绘制模型纹理处理显示,皮质动脉包括喂养动脉(红色),引流静脉(蓝色),病灶(暗红色)。4星号引流静脉的显示测量脑AVM的流出。D,3 d PCMR与流线可视化从同样的角度B和C显示引流静脉血管流速。的星号在D对应的B和C。
如果V一个速度是一个立体像素显示混叠速度和Vc修正后的速度体素,混叠速度修正如下:23
Vc= 2×VENC - | V一个|。
所有程序都由第一作者,他是一个具备医师资格认证的有10年经验的神经外科医生。
第二,处理过的数据被转移到流分析软件,IV-FLOW (Maxnet)。IV-FLOW自动显示该船的中心线和允许用户测量船舶流量在任何时候通过设置垂直平面在这条直线上。A2的分割和流量测量,M1, P2是由100 - cm / s VENC数据。同时,分割的引流静脉是由50厘米/秒VENC数据。流量测量的引流静脉是由100厘米/秒VENC数据同时A2的流量测量,M1, P2。引流静脉的计量点邻近病灶(图1)。
统计分析
所有统计分析进行了使用JMP15 (SAS研究所有限公司)。验证的可信度明显AVM流入和流出,我们计算之间的皮尔逊相关系数分数病灶体积和流量在整个队列。接下来,五流参数,包括2流速,2流指数,明显的AVM inflow-to-outflow比率比较中小AVM和nonhemorrhagic和出血性AVM使用Wilcoxon排名和测试。此外,多元回归模型被用来确定血液动力学出血的表现有一个独立的影响。模型包括脑出血的风险因素,相关的动脉动脉瘤,只深静脉引流,AVM病灶体积,明显inflow-to-outflow比率。病灶体积和之间的皮尔逊相关系数分数明显AVM inflow-to-outflow比率也被计算。一个P值< 0。被认为是显著的。
结果
有17例(71%)的小avm nonhemorrhage组和6例(75%),出血组,而没有例avm在整个队列。Spetzler-Martin成绩I-IV在每个队列。22没有明显差异在病人的人口统计和AVM的特点,除了相关的动脉动脉瘤(表1)。
之间的相关系数病灶体积和明显的AVM流入和流出为0.83 (图2)。AVM流入和流出明显小得多的小动静脉比中等AVM (P<。001年,分别)(图3)。流的细节根据AVM大小进行了总结表2。明显的AVM流入和流出nonhemorrhagic和出血性AVM之间没有显著不同(P=。95和。40, respectively) (图4)。AVM流入指数高和动静脉流出指数低的出血性比nonhemorrhagic AVM,但差异不显著(P=。09年和点,分别)(图4)。明显的AVM inflow-to-outflow比率明显更大的出血性AVM的nonhemorrhage AVM (P= .02点)(图4)。比较了上述流动参数表3。多元回归模型显示,相关的动脉动脉瘤和动静脉明显inflow-to-outflow比率是重要的因素(P=。02年的),而只深静脉引流和病灶体积不显著(P=。51和0.72, respectively). The Pearson correlation coefficient score between the nidus volume and the apparent AVM inflow-to-outflow ratio was −0.26.
病灶体积和每个流率之间的相关性,明显的脑动静脉畸形的流入和流出。病灶体积之间的散点图,每个流,明显AVM流入(一个)和流出(B)显示高度相关(相关系数分数= 0.83为流)。
箱线图比较脑AVM中小动静脉之间的流入和流出。明显的AVM流入(一个)和流出(B)在小动静脉明显小nonhemorrhagic和出血性avm与介质之间使用Wilcoxon avm等级和测试(P<。001年,两组)。
箱线图比较明显的脑AVM流入和流出(一个和B)、动静脉流入和流出指数(C和D),脑AVM inflow-to-outflow比(E)nonhemorrhagic和出血性avm之间。E,明显AVM inflow-to-outflow血性AVM的比例明显增大比nonhemorrhagic AVM (P=。02),根据Wilcoxon等级和测试。
其他血流动力学参数
出血组相关的动脉动脉瘤破裂的原因是出血3例,动静脉和均值明显inflow-to-outflow这些患者的比率为1.26。在剩下的5 < 2.44破裂患者的病灶。明显的AVM inflow-to-outflow比率显著更大5破裂患者的病灶比nonhemorrhage集团(P= .005)。均值明显AVM流入和病灶体积在整个群组是441毫升/分钟和5.4毫升,分别。大脑中动脉的平均血流速度的对面的AVM患者年龄超过20年的年龄为158毫升/分钟。平均脑血流量(A2段+ M1段+ P2段)的对面整个队列的AVM是317毫升/分钟,和291毫升/分钟的病人年龄超过20岁(表4)。
讨论
血流动力学的一些研究已经进行了阐明avm的病理生理学。我们研究的优势之一是说明动静脉的血流动力学状态之间的关系和出血性表示基于AVM的大小。正如所料,大动静脉有明显的流入和流出。相反,明显的AVM流入和流出nonhemorrhagic和出血性组之间没有显著差异在我们的队列大小没有偏见。顺便说一句,出血性avm是否有增加或减少流入而nonhemorrhagic avm是一个有争议的话题。4⇓- - - - - -6,9⇓- - - - - -11,13,16,17,24⇓- - - - - -26这种分歧的原因之一可能是来自尺寸偏差,因为几个以前的血流动力学研究组成与大多小avm出血组,而他们nonhemorrhage军团主要由中型或大型avm。4⇓- - - - - -6,16,25这些结果与我们不相关。
AVM流入出血性组指数大于nonhemorrhagic组,但差异无统计学意义。动静脉流出指数显示两组之间无显著差异。这些结果暗示出血性AVM的AVM流入可能增加比预期的更大程度的大小,但AVM流出可能增加与规模成正比。此外,明显AVM inflow-to-outflow比率明显较大的出血性组相比nonhemorrhagic组。明显的AVM inflow-to-outflow比率是一个新定义的指标,表明明显AVM inflow-to-outflow比例越高,较大的动静脉的血流动力学不平衡。我们的结果明显的AVM inflow-to-outflow比率比较与先前的血流动力学研究使用DSA等其他形式。Todaka等9报道称,平均运输时间导血管比喂养动脉DSA明显大上hemorrhagic-versus-nonhemorrhagic avm。同样地,林等26表明,更高的最主要引流静脉瘀指数与avm出血有关。他们一般推断的不平衡血液动力学动静脉阻塞引起的,导致avm的破裂。我们的研究结果支持他们的结论,我们也推断定量分析AVM的流入和流出可能需要对风险的测量动静脉破裂。
脑出血的混杂因素可能存在在当前的研究中。有担心病灶体积可能是一个混杂因素,因为明显的AVM流入和流出了非常高的相关性与病灶体积。因此,多元回归模型被用来确定血液动力学出血的表现有一个独立的影响。因此,多元回归模型表明,相关的动脉动脉瘤和动静脉明显inflow-to-outflow比率是脑出血的重要危险因素。病灶体积之间的关系和明显的AVM inflow-to-outflow比率为弱。然而,应该考虑小队列用于多元回归建模,这可能会导致一个不稳定的模型。
我们所知,这是第一个研究集中在测量总AVM的流入和流出使用3 d PCMR non-electrocardiogram-gated双重VENC。Electrocardiogram-gated 2 d PCMR Electrocardiogram-gated 4维成像先生一直在动静脉的血流动力学研究的主流形式。然而,2 d PCMR不适合引流静脉的识别,因为3 d体积数据的缺乏。4维先生成像可用于引流静脉的识别,但缺点包括相对较低的空间分辨率,扫描时间长。与此同时,3 d PCMR可以提供3 d体积数据与高空间分辨率和合理的扫描时间。最近,Rijnberg et al27报道了血流动力学评估Fontan通路使用2 d - 3 d,和4维成像和显示3 d PCMR先生可以获得时均流速与优秀的协议与2 d和4维,但10倍减少扫描时间。3 d PCMR也显著提高图像质量与四维成像先生。在目前的研究中,我们使用3 d高空间分辨率的PCMR(0.57×0.57×1毫米)动静脉的血流动力学评价,动静脉和明显的流入和流出与病灶体积有很高的相关性。这个结果似乎从临床的角度合理,表明3 d高空间分辨率的PCMR大脑血管血流动力学研究可能是一个很好的应用程序涉及小血管改善图像质量。
我们的工作也受益于低VENC数据分割的引流静脉。快速地等28证明了低VENC和双重VENC数据显示低噪音,减少工件,同时也是一位优秀的船比高VENC数据描述在船舶描述没有多少区别的静脉系统之间的低和双VENC数据。因此,我们使用了低VENC数据而不是高VENC数据分割的引流静脉。另一方面,快速地等也表明Bland-Altman分析high-versus-dual VENC证实了低估的净流高VENC收购。然而,在绝对值误差并不大。在我们的初步调查中,流值的差异之间的引流静脉50 - 100 cm / s VENC数据也是微不足道的。因此,高VENC数据流采用量化的引流静脉,而不是低VENC数据来提高工作流程的效率。
然而,先生成像协议在当前的研究中没有最先进的。3 d PCMR收购的广义autocalibrating部分并行采集加速度因子3,29日2和2 VENCs获得了连续扫描。相比之下,有新兴研究序列减少扫描时间没有重大缺陷。例如,4维先生与non-Cartesian抽样成像,如径向收购,可以获得的各向同性空间分辨率0.7毫米在大约7分钟覆盖整个头部。30.此外,使用共有7编码,而不是8 dual-VENC收购允许减少扫描时间在一个优雅的方式没有明显的缺点。28,31日
此外,还有更有趣的方法一个4维先生成像。Aristova等19显示流分布网络图的可行性(FDNG)量化和比较的分析流程,峰值速度,avm患者和健康对照组之间的使用。在执行流分析复杂的神经与血管的病变,FDNG可能是一个更健壮的方法比传统方法如我们因为FDNG可以重建流分布通过使用图论。此外,流守恒法则可以用作度量的内部验证与FDNG缺乏地面实况。当我们考虑这些非凡的AVM的发展评价与四维成像先生,如果流分析的目的是专注于量化时均参数如时均流速、时间上的组合与加速技术和3 d PCMR FDNG将提供可靠的结果。
应该没有区别“true”AVM流入和流出。然而,在这项研究中,“明显”之间的区别是观察AVM流入和流出。此外,明显AVM inflow-to-outflow比率明显更大的出血性AVM的nonhemorrhagic AVM。测量的方法明显AVM流入和流出在当前研究的可能性,高估AVM流入和低估AVM流出。理想情况下,动静脉流入的流量计算总计每一个喂养椎弓根AVM病灶,而不是计算同侧和对侧的差异的脑血流量率。然而,这种方法是不可行的,因为很难确定每一个3 d喂养椎弓根PCMR和这是一个耗时的过程。关于AVM流出,尽管3 d的PCMR低VENC允许我们衡量引流静脉流速较低,仍有可能低估,因为并非所有的引流静脉来源可能已经被确认。即使考虑到这些限制,我们的结果明显AVM inflow-to-outflow比率更大的出血性AVM比nonhemorrhagic AVM是感兴趣的。有可能低估的AVM流出血性组可能会增加,因为在小排水流量的增加静脉毗邻AVM病灶。佐藤等32在病理研究中证明perinidal扩张毛细血管网络连接不仅病灶,喂养动脉,并通过小动脉和小静脉引流静脉还正常毛细血管、小动脉和小静脉。perinidal扩张毛细血管网络中发挥着重要作用的补偿机制在avm破裂压力增加。不能在PCMR书评,然而,这可能导致AVM流出的低估,因为网络流的血AVM病灶直接测量之前的引流静脉。因此,明显AVM inflow-to-outflow比率可能是多少压力存在于AVM的一项指标。
值得注意的是,明显的AVM流入在当前的研究中是高于先前的研究。16,17均值明显AVM流入(441 mL / min)在整个组高于(316 mL / min)在前面研究Shakur et al,16和平均病灶体积(5.4毫升)在当前的研究中是等于(5.4毫升)相同的先前的研究。我们AVM的排除标准由射孔动脉可能与这种不一致对明显的AVM流入。射孔喂养动脉起源于A1, M1,和P1段扰乱的准确性明显AVM流入,导致小明显的AVM流入。另一方面,意味着大脑和大脑中动脉血液流速的对面的AVM患者年龄超过20岁291和158毫升/分钟,分别。这些流量相当于那些报道的脑血流量在以往调查中使用一个2 d PCMR健康的成年人。33,34
限制
这项研究有一些局限性。首先,有一个相对较大的选择性偏差中患者的研究。虽然我们开始执行3 d PCMR avm患者在我们的机构中,先生的视场成像仅限于只有64毫米沿着z轴的目的侧重于病灶。因此,我们必须排除23个患者在早期由于MR成像数据不足由于动脉环不覆盖,因为流速在A2, M1, P2所需计算AVM流入。第二,我们不能确定是否明显的差异AVM inflow-to-outflow nonhemorrhagic之间的比例和出血性AVM是脑出血的原因或结果的回顾性设计我们的研究。未来的血流动力学研究将提供这个问题的答案,但它可能缺乏可行性,因为avm的低流行率和avm患者脑出血的发病率低。
第三,最优方法量化AVM流入卷是总结卷的激素喂养AVM病灶。首先,我们试图量化AVM流入卷使用这种方法。但是,它实际上是不可行的原因多种技术。原因之一是激素喂养绕组在大多数患者中,进行可再生的流量测量困难由于测量的微小差异分绕组血管,导致流量大的差异。的其他原因是错误的识别激素喂养可能发生因为avm有非常复杂的结构和数量的激素喂养avm往往超过10,这会导致流分析花几个小时在每种情况下。
第四,与相关动脉动脉瘤3例出血组显示明显的AVM inflow-to-outflow比率低于其余5破裂患者的病灶。这些结果可能是因为破裂的病因不同相关的动脉动脉瘤破裂和AVM病灶。然而,我们的研究有一个相对较小的样本量,并没有让我们从中得出强有力的结论。第五,我们报道的血流动力学评估使用3 d PCMR non-electrocardiogram-gated avm,常用的是小于2 d -或4维先生成像。之间的高相关病灶体积和明显的AVM流入和流出在当前的研究中从临床角度似乎是合理的。同时,脑和中脑血流率均值的对面的AVM患者年龄超过20岁在当前的研究中兼容以前的研究。33,34因此,我们认为3 d PCMR可以动静脉的血流分析另一种选择。然而,3 d先生和其他相衬成像的比较调查是十分必要的。
最后,修正P多重比较的值可能是理想,因为5参数进行了测试在当前的研究中。然而,它仍然是有争议的是否严格的校正P值是必要的在如本研究探索性研究。35,36严格的修正P值为多个比较并不表现在这项研究中,以防止假阴性结果。我们的研究结果,尤其是明显AVM inflow-to-outflow比率的意义,需要进一步验证。
结论
明显的AVM流入和流出似乎无关紧要的AVM患者脑出血的表示。明显的AVM inflow-to-outflow nonhemorrhagic之间的比率是唯一显著不同的参数和出血性AVM,表明一个不发达的排水系统可能会增加动静脉压力,可能造成脑出血。
脚注
亲戚收到格兰特博士来自日本的支持促进社会科学KAKENHI(批准号JP18K08938)和日本科学技术振兴机构波峰(JPMJCR17A1)。
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引用
- 收到了2021年4月20日。
- 接受修订后2021年7月28日。
- ©2021年由美国神雷竞技可靠吗经放射学杂志》上
